土壤微量元素含量空间分布的条件模拟

土壤微量元素的空间分布特征是土壤母质成分和外源输人长期作用的结果,了解这一分布特征是进行土壤环境评价的重要前提。地统计学中的条件模拟方法由于同时考虑了分布在二维或三维空间的变量整体上的空间结构特点和局部的不确定性,因而在研究变量的空间分布、变化和相互联系等方面具有独到之处,并在有关领域得到了广泛的应用。本文根据地统计学原理,对北京东郊污灌土壤表层微量元素含量的小尺度分异进行了条件模拟,为考察该方法的特点,同时进行了克里格括值以作对比分析。     

河北省吴桥县土壤微量元素空间分布特征

为揭示土壤微量元素在空间上的分布,更好地指导农田培肥管理,以河北省吴桥县4 965份土壤样品为研究对象,利用地统计学与GIS相结合的方法,分析土壤有效铁、有效铜、有效锰、有效锌等土壤养分质量分数的空间分布特征。结果表明:1)吴桥县土壤有效铁、有效锰、有效铜及有效锌平均质量分数分别为11.54、11.84、1.30和0.97 mg/kg。2)通过半方差函数相关参数分析,土壤耕层中有效铁和有效铜的空间自相关范围较大,变程分别为879和660 m;耕层有效锌和有效锰的变程较小,分别为33和36 m。3)4种有效微量元素的变程大小顺序为有效铁>有效铜>有效锰>有效锌。4)4种微量元素变异函数的理论模型符合指数模型,有效铁和有效铜的块基比在25%~75%之间,具有中等的空间相关性;有效锰和有效锌的块基比>75%,系统空间相关性很弱。通过普通克里格插值所得的空间分布图能很好地反映土壤微量元素的空间分布特征,经检验插值精度较高。     

不同土壤类型有效微量元素的空间特征——以张掖市临泽县为例

以临泽县土壤(0—20cm)中有效Mn,Zn,Fe,Cu,B微量元素为研究对象,运用GIS和地统计学相结合的方法研究了不同土壤类型有效微量元素的空间分布特征,绘制了空间分布图,最后根据甘肃省耕层土壤养分分级标准对临泽县有效土壤微量元素进行综合评价。结果表明:盐渍土、灰棕漠土、流动风沙土普遍缺有效微量元素,泥炭沼泽土、灌耕厚立土、草甸盐土中的有效微量元素含量相对较高;临泽县土壤中有效微量元素含量整体上处于中等水平,为了当地农业生产的需要,可以提高微肥用量和改善微肥的施用措施来增加土壤中微量元素含量。     

农田土壤微量元素含量的空间变异特征和影响因素

以浙江乐清市乐成镇为研究区域,采用地统计学和地理信息系统(GIS)相结合的方法,对土壤中有效态Fe、Mn、Cu、Zn和B含量的空间变异规律及其影响因素进行研究。描述性统计结果表明,土壤中微量元素Fe、Mn、B含量属于中等变异,Cu、Zn属于强变异。描述空间变异的半方差函数分析表明,Fe、Zn和B的最适模型是球状模型,Mn为指数模型,Cu为线性模型;Fe、Mn、Zn和B的块基比均小于25%,表明具有强烈的空间相关性,Cu的块基比大于75%,表明Cu含量具有较弱的空间相关性。土壤微量元素含量空间分布总体上呈现由东部向西部递减的趋势,其中Fe、Mn和B明显表现出连续分布的特点,Cu、Zn的分布没有明显的规律。土壤类型对Mn、Cu的含量有着显著影响,水稻土中Mn、Cu的含量显著高于红壤;土壤养分和微量元素的相关性分析可知,Fe与土壤pH、OM、全氮、碱解氮以及速效钾呈极显著相关,Mn、B与pH、速效磷和速效钾之间有显著或者极显著的相关性,Cu仅与速效钾显著相关,Zn的含量受土壤养分的影响较小,没有达到显著水平。     

有机肥料和无机肥料对土壤微量元素含量的影响

五年定位监测的田间试验结果表明，施用有机肥料对土壤铁，锰，铜，锌的消耗县有明显的补充作用，但对有猁硼的补充仍显不足。因此，土壤硼营养有可能成为作物产量的限制因子。长期单施三要素化肥的土壤有效态铁，铜均明显下降。     

川西南土壤微量元素特征

川西南土壤微量元素丰缺特征是有效量含量硼极缺 ,锌缺乏 ,钼较缺 ,而锰、铜较丰富。分布特征是钙质紫色土水稻、玉米缺锌 ,酸性砂质土小麦缺钼 ,砾质黄壤油菜、柑桔缺硼 ,潜育化潮土小麦缺锰。变化特征有三性 ,即潜在性缺乏 ,诱发性缺乏和失调性缺乏。     

天津市平原土壤微量元素含量的空间自相关研究

空间自相关是区域化变量的基本属性之一，而空间自相关统计可用于检测研究区域内变量的分布是否具有空间结构。本研究以天津市平原区土壤微量元素为例，采用Ｍｏｒａｎ＇ｓＩ统计量，研究了土壤微量元素含量的空间自相关关系、空间自相关的方向性、空间自相关与距离的关系以及不同方向的自相关与距离的关系。结果证实在本研究的采样密度下（平均约３００平方公里一点），天津市平原区多数土壤微量元素含量表现出显著的正空间自相关；     

基于协同克里格插值和地理加权回归模型的土壤属性空间预测比较

选取宜昌市红花套镇作为研究区域,研究土壤pH、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮与土壤属性指标变量之间的关系,选择与预测变量之间具有较高相关性的变量作为辅助变量用以提高预测精度,本文试图将地理加权回归模型应用于土壤属性空间模拟中,以此与协同克里格插值的预测结果进行对照,从而比较它们的预测精度以提出更适合土壤属性预测的模型。结果表明:协同克里格插值和地理加权回归模型对土壤属性的空间模拟均有较高的预测精度,在辅助变量较多的情况下地理加权回归模型具有比协同克里格插值更为简单的算法,并且比较预测值相对误差的范围跨度和标准差以及均方根误差等方面,地理加权回归模型在土壤属性指标预测方面具有更高的预测精度,也具有更大的优势。     

贵州喀斯特地区草地开垦对土壤微量元素的影响与评价

为探明生态脆弱区土地利用方式转换对土壤有效态微量元素的影响,以贵州喀斯特地区草地及其相应开垦的农田为对象,采用成对设计的方法研究了草地开垦对土壤微量元素（铜、锰、铁、钼、硼、锌）的影响,并探索基于土壤微量元素密度的区域土壤微量元素丰缺评价指标。结果表明：研究区土壤有效态微量元素在土壤剖面上呈表面富集现象,其含量随土层深度的增加而降低;草地开垦导致土壤有效态铜、铁、硼和钼的含量出现不同程度的降低,降幅为4.97%～79.17%,而土壤有效锌含量则增加,增幅为11.76%～46.06%;开垦导致土壤有效锰含量在剖面上的下降速率加快。建立了研究区6种有效微量元素的丰缺评价指标,该指标以土壤微量元素密度为参数,以参数值的不同范围界定微量元素的丰缺程度,消除了微量元素空间异质性对判定结果的影响。根据该评价指标,研究区土壤有效铁、锰处于极高水平,草地开垦导致土壤有效铜、钼、硼的丰度下降,而有效锌的丰度上升;结合微量元素有效性评价指数,整个研究区土壤有效硼处于低水平,不能够满足植物正常生长发育的需要。该研究结果可为生态脆弱区土地的科学管理和土壤微量元素科学评价体系的建立提供参考。     

农牧交错带草地开垦对土壤有效态微量元素的影响及评价

为明确草地利用方式转变对土壤微量元素的影响,以华北农牧交错带2种类型草地及其相应开垦的农田为对象,采用成对设计的方法研究了开垦对草地土壤表层(0～20cm)有效态微量元素(铜、铁、锰、锌、硼、钼)的影响并对其进行了评价,以期为农牧交错带的科学管理提供参考。结果表明:典型草地开垦导致土壤有效态铜、锌含量分别上升8.8%和16.4%,其他4种微量元素含量下降16.4%～28.1%。根据土壤有效态微量元素评价标准,典型草地区域有效态硼、钼含量处于高水平,有效态铜处于中等水平,有效态锌处于极低水平;有效态铁、锰在典型草地为高水平和中等水平,开垦为农田后分别降到中等水平和低水平。低湿草甸开垦导致微量元素含量下降10.6%～77.7%,其中有效态铁、硼、钼处于极高水平,有效态锰处于中等水平,有效态锌处于极低水平;有效态铜由低湿草甸的高水平降到农田的中等水平。整个研究区土壤有效锌含量限制草地植被和农作物生长发育,由典型草地开垦的农田其土壤有效锰含量不能够满足作物的需求。建议研究区禁止开垦草地并对已开垦的草地实行退耕还草,同时建议建立基于土壤微量元素密度的评价体系。     

基于高光谱与协同克里金的土壤耕作层含水率反演

为研究土壤耕作层(0~40 cm)含水率的空间分布情况,利用EO-1的Hyperion传感器高光谱数据,对研究区域(106°20′~109°19′E,40°19′~41°18′N)的表层(0~10 cm)含水率进行定量反演,并利用表层含水率反演结果作为协同克里金插值的协变量,同时利用103个采样点实测的耕作层含水率作为主变量,进行协同克里金插值。结果表明:通过特征指数法提取水分反演的敏感波段集中在1 295~2 224 nm波长区间,特征指数法模型校正的相关系数r0.5但模型验证的精度较低(r0.2);通过偏最小二乘法建模,模型校正的r0.8,模型验证的r0.5,效果较好;运用协同克里金插值时,将反演的表层含水率作为协变量,可以弥补主变量耕作层含水率样本点少,变异函数欠稳定的缺点,同时,所提取理论模型的块金值(C0)与基台值(C0+C)的比值均25%,随机因素比例小,模型稳健。此外,协同克里金插值方法与利用表层与耕作层含水率线性拟合进行预测相比,能够有效提高预测精度,决定系数r2和Nash效率系数(nash-sutcliffe modelling efficiency,NSE)分别提高72.6%和89.9%,因此,将高光谱反演与协同克里金方法相结合,可以综合两者优势,节约采样成本,提高预测效率。     

江西鄱阳湖平原区农田土壤微量元素空间分异特征及其影响因素

【目的】开展土壤微量元素空间分异及其影响因素的分析,能更客观地阐明土壤微量元素变化的内在机理,对田间土壤肥力的有效管控和保障人类健康、保护土壤生态环境具有重要意义。【方法】在江西省丰城市鄱阳湖平原农田区,采用网格布点法布设283个采样点,每个采样点取0-20 cm表层土壤,对样点数据用三倍标准差法剔除异常值20个,实际利用样点数为263个,分析了土壤样品pH、质地、氮、磷、钾和硼(B)、锰(Mn)、钼(Mo)、硒(Se)、碘(I)、氟(F) 6种微量元素的含量。采用地统计学理论、方差分析、相关分析以及回归分析方法,对鄱阳湖平原区农田土壤6种微量元素的含量、空间分布特征及其影响因素进行分析。【结果】B、Mo含量均值处于丰富与上限值之间;Mn含量均值为330.24 mg/kg,处于缺乏水平;Se、I含量均值处于适量水平;F含量均值为474.59 mg/kg,处于边缘水平;6种微量元素含量均为中等程度变异,但各元素含量变异程度有所差异。B、Mn、Mo元素的最优插值模型为指数模型,Se、I、F均为球状模型。I元素的块金效应<25%,其他5种微量元素处于27.09%~41.77%。6种微量元素含量的空间分布格局差异较为明显,除Se元素不缺乏外,其余5种微量元素均处在缺乏水平。B、Mn、F含量均受到土壤类型、耕层质地的显著影响,Mn、Mo含量与坡度、pH间均达到极显著相关水平,Mn、Se、I含量与全磷含量显著相关,坡向与到河流的距离与6种微量元素含量未达到显著相关关系,其他影响因素仅对某些种元素表现出显著或极显著相关关系。在B、I含量的主要影响因素中,以耕层质地的影响最大;在Mn、Mo元素含量的主要影响因素中,以pH的贡献率最高;Se元素含量与土壤类型、全磷、坡度、高程之间达到显著或极显著相关水平,以全磷的影响程度最高;F元素含量与土壤类型、耕层质地、全氮含量相关显著,且全氮为主要影响因素。【结论】1)研究区域土壤B、Mo的含量总体较高,I、Se含量适量偏上,Mn总体上较为缺乏,F处于边缘水平;6种元素含量均为中等程度变异。2)土壤微量元素B、Mn、Mo的最优插值模型为指数模型,Se、I、F则为球状模型;除I具有强烈的空间自相关外,其余5种元素表现为中等程度的空间自相关。3)微量元素含量影响因素中,坡向、到河流的距离与各元素含量间未达到显著相关关系;B、I含量均受耕层质地的影响最大,Mn、Mo含量主要受pH的影响,Se含量主要受全磷的影响,F元素含量则主要受全氮的影响。     

典型绿洲区土壤盐分的空间变异特征

针对绿洲区存在的土壤盐化制约干旱区农业可持续发展问题,应用面域土壤信息调研采集,结合地统计学与GIS技术对新疆典型绿洲区土壤盐分空间变异特征进行研究。研究结果表明：0～30 cm耕层土壤盐分呈现强变异性,30 cm以下土层呈现中等变异。各土层土壤盐分均呈现中等空间自相关性,空间相关距离在24～28 km范围内。各等级盐化土在不同深度土层的分布方位基本一致。各土层非盐化土面积均占主导地位,都占研究区总面积的69%以上;其次为轻度盐化土面积,占研究区总面积的19%～30%;各土层中度盐化土面积都在3.4%以下;重度盐化土仅在0～30 cm土层有极少量分布。随着土层深度的增加,非盐化土和中度盐化土的面积逐渐减小,轻度盐化土面积逐渐增大。本研究对于指导干旱区绿洲农业生产、保障区域土壤资源可持续合理利用具有重要的理论价值和明确的实际应用前景。     

基于GIS与分区Kriging的采煤沉陷区土壤有机碳含量空间预测

中国煤炭产量占世界煤炭总产量的46.9%,年塌陷的耕地面积约为200 km~2,对农田土壤有机碳库扰动十分剧烈。由于农田的土壤有机碳库是减少陆地生态系统碳排放的最大潜在因素,中国以及世界上的其他煤炭开采大国必须更好地对煤炭开采区的土壤有机碳库进行科学管理,这也是煤炭低碳开采的重要途径。而预测精度好的煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量空间预测方法是科学管理煤炭开采沉陷区土壤有机碳库的前提。该文以徐州九里煤炭开采沉陷区作为研究区,通过普通Kriging插值法和以结合沉陷积水情况为辅助变量的分区Kriging插值法这2种方法来对研究区的土壤有机碳含量进行了空间预测,并通过比较验证样点的预测值与实测值来对比2种方法的预测精度,确定每种方法的可行性。研究发现,结合区域内部积水情况来进行的分区Kriging插值法求得到的预测值与实测值的相关系数为0.7564,远高于直接进行Kriging插值得到的预测值与实测值的相关系数0.5086,并且两者的均方根误差分别为0.35和0.55,说明前者的预测精度更高。因此结合沉陷积水情况的分区Kriging插值模式是更适宜煤炭开采沉陷区土壤有机碳含量的空间预测模型。     

综合BME和BNN法的农田土壤水分与养分分布空间插值

掌握农田土壤水分和养分的空间分布特征是实现农田土壤精确管理及实施精确农业的重要依据。以有限的采样信息为基础,通过多种空间分析理论的融合,形成优势互补的综合方法,对提高土壤变量空间分布模拟和绘图精度具有重要意义。该文将贝叶斯最大熵法(Bayesian maximum entropy,BME)和贝叶斯人工神经网络方法(Bayesian neural networks,BNN)结合形成一种空间插值新方法,即用BNN法表达估值的不确定性,并将其结果融入现代地质统计学BME法中,用融入BNN法结果的BME法(Bayesian maximum entropy method combined with Bayesian neural networks,BMENN)模拟土壤变量的空间分布。以江苏省扬州市区北部某田块的土壤水分、有机质、全氮、碱解氮、速效钾和速效磷6种土壤特性的采样数据为例,运用交叉验证法,将BMENN法对土壤变量的估值精度与BNN法、普通克立格法(ordinary Kriging,OK)进行了比较。结果表明:与OK法和BNN法相比,BMENN法将估计方差(mean squared error,MSE)缩小2.26%~23.54%,具有最小的估计方差和接近于0的平均绝对误差(mean error,ME);BMENN法的估计值与实测值相关系数更大(r=0.62~0.89),具有更高的相关程度;MSE的组成分析表明,BMENN法再现变量波动程度和波动大小的能力更强;从模拟的空间分布图来看,BMENN法绘制的空间分布图更连续,"牛眼"较少,更符合土壤变量的地学规律。BMENN法对于利用有限数据信息提高土壤变量空间分布模拟精度具有重要意义,并可为土壤管理、精准农业的实施以及区域环境规划等提供科学依据。     

Spatial interpolation of soil hydraulic properties and simulated rice yield

Abstract. Simulated estimates of crop yield were made for rainfed rice in a 50 ha dryland rice area. The aim was to investigate how soil units and management units of different sizes with different yields could be used to obtain values for areas of land. Two procedures were applied. First, yields were simulated at six sites, that were representative of six soil mapping units. Second, yields were simulated using soil information from 133 auger sites, and were interpolated over management units using block kriging. Differences between the two procedures for the total area and for a test set of 22 additionally sampled locations were small. A 60% increase in precision was achieved when relatively large management units were defined.
A Geographical Information System was used to identify areas with greatest yield potential for rainfed dryland rice. Statistical analysis showed that the six soil units could be grouped into three yield classes. The largest yields were obtained for a sub-area comprising 11% of the survey area which was associated with a slowly permeable Bg horizon in the soil profile.
It was concluded that the best procedure for the spatial interpolation of simulated rice yield should be based on preliminary simulation of crop yields. A sensitivity analysis of the impact of weather variability and soil heterogeneity on the variation of yield was useful to detect the importance of their contributions. The procedures developed in this study are of value in obtaining a reliable estimate of average yield, and can consequently be used for associated cost-benefit calculations.     

Concentration of trace and major elements in natural grasslands of Bosnia and Herzegovina in relation to soil properties and plant species

Deficient trace elements concentration in soils, forages, and animals have been reported in several areas of Balkan region. Main challenge in overcoming low productivity of forage and animal production in this region is the lack of data on the nutritional status of the pastures and soils. This study examined the nutrient and pseudo total concentration of trace elements in soil and herbage plants, and the potential deficiency or excess with regards to crop and livestock production. Soil and plant samples from 100 sampling points were collected in the mountainous grasslands of Manja?a (between longitudes 16°56′ and 17°8′ east; and latitudes 44°33′ and 44°42′ north) and Vla?i? (between longitudes 17°14′ and 17°29′ east; and latitudes 44°25′ and 44°37′ north). Soil samples were analysed for soil texture, pseudo total concentration (5?ml HNO₃) of trace elements (TE), pH, soil organic carbon (SOC), while plant samples were analysed for TE. The soil pH varied from strongly acidic to moderately alkaline. The concentration of SOC varied from 0.5% to 12.3%. Most of the soil samples were finer-textured soils high in silt content. The average concentrations of Na, P, Zn, Se, Cu, Co, and B were low in both soil and herbage plants. Plant K, Ca, Mg, Mo, and Mn concentrations were sufficiently high to meet the requirements of grazing animals, while Fe concentrations was elevated in certain areas. High levels of Mo were found in both soil and plants. The results suggest that imbalances observed in natural pastures of Manja?a and Vla?i? area, caused by low soil TE concentration and other soil and plant properties, could contribute to poor animal nutrition.     

“痕量灌溉”理论支撑与技术特点的质疑

有文献认为痕量灌溉基于毛细管原理和膜过滤技术,实现了"自适应"灌溉,并解决了灌水器堵塞问题。该文基于现有理论、试验资料及微灌实践,对痕量灌溉原理及特点进行了讨论,表明痕量灌溉所述原理及其实现"自适应"灌溉、解决了灌水器堵塞的论述,其理论支撑和技术本身存在诸多问题,缺少依据论证和检验。